Altek PM 30/45 R Packaged

Udvikling af mekanisk ventilation med lavt
elforbrug
Søren Terkildsen
Sektion for bygningsfysik og installationer
Alectia seminar
20 September 2012.
Introduktion
• 3 årigt Ph.d studie på DTU byg.
• ”Ny type lavtryksventilation med lavt varme og elforbrug til
energirenovering af bygninger”
• Udvikle og afprøve nye løsninger til mekanisk ventilation som
kan reducere energiforbruget og/eller forbedre indeklimaet.
2
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Energikrav 2020
• Bygninger står 40 % af Danmarks samlede energiforbrug og heraf står
ventilationsanlæg for cirka 25 %.
• Energirammen for bygninger i 2020 reduceres fra det nuværende 52.5
kWh/m2 til 20 kWh/m2 for boliger og fra 71.3 kWh/m2 til 25 for kWh/m2
for erhverv.
• Det forventede krav til SEL-værdien er 1500 J/m3, mod det nuværende
2100 J/m3 ved maksimum ydelse og tryktab.
• Varmegenindvinding på mindst 75 % for erhverv og 85 % for boliger.
• Det samlede energikrav til bygninger reduceret med 75 % i forhold til
2006, hvorimod kravet til ventilation alene kun bliver reduceret med 40
% (Erhvervsbyggeri).
3
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Indeklima 2020
• Der er ikke specificeret nogen krav til luftskifte eller
minimumsluftmængde pr person som der er i BR 10. I stedet angives
kun:
– CO2-koncentration må ikke overstige 900 ppm i længere perioder i
skoler, kontorer og institutioner.
– Hvad er en længere periode?
– Hvor mange perioder må der være på en dag?
– Termisk indeklima må kun overskride 26 0C nogle få timer for erhverv
og 100 timer for boliger heraf maksimum 25 timer over 27 0C.
• Arbejdstilsynet angiver at CO2-koncentrationen ikke bør overskride 0.1 %
og hvis den overskrider 0.2 % er luftskiftet utilstrækkeligt.
4
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Hvordan?
• Højere ventilatorvirkningsgrad
• Bedre styring af luftmængder efter behov
• Bedre design for at mindske tryktab
– Producenter
– Rådgivere
– Installatører
5
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Udvikling frem mod 2020 – Ventilatorer og
motorer
Ved at optimere design, materialer og
overfladebehandling må kunne forventes
en øget virkningsgrad.
Ventilatortype
Nyværende
effektivitet
[%]
Forbedret
effektivitet
på 5 % i
2020 [%]
Radialventilator
87-90
91-94
Aksialventilator
76-80
80-86
Kammerventilator
75-77
79-81
• Der er motorer på markedet der
overholder kravene til IE4 og inden 2020
må det formodes at IE5 motorer med en
en virkningsgrad på 97-98 % er udviklet.
6
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Udvikling frem mod 2020 –
Varmegenindvinding
Vekslertype
Nuværende
effektivitet
[%]
Forbedret
effektivitet
[%]
50-70
80
70-85
85-90
Roterende veksler
70-85
85-95
Væskekoblet
40-60
75-?
Vekslertype
Nuværende
tryktab
[Pa]
Forbedret
tryktab
[Pa]
Krydsveksler
100
50
Modstrømsveksler
150
50
Roterende veksler
200
30
Væskekoblet
?
2!
• Forbedret virkningsgrad på 5 %
frem mod 2020 vil mere end
Krydsveksler
overholde kravene til
varmegenindvinding, det kan
Modstrømsveksler
gøres nu.
• Lidt at spare ved at forbedre
virkningsgraden over 90 %,
afhængig af bygningstype.
• Fokus bliver på at reducere
tryktabet, for at mindske
elforbruget til ventilatorer.
7
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Udvikling frem mod 2020 – Filterløsninger
• Brug af posefiltre i stedet for
kompaktfiltre og generelt større
filtre.
• Udvikling i design og materialer,
– Der kan være op til 40 Pa
forskel i starttryktab ved F7
posefiltre afhængig af
materiale.
Filertype
Nyværende
tryktab
[%]
Forbedret
Tryktab
2020 [%]
Panelfilter
100-350
50-?
Kompaktfilter
100-350
50-?
Posefilter
60-250
20-100
Elektrostatiskfilter
2-20
2-20
• Der vil i fremtiden også komme
alternative filter løsninger, nogen
kan allerede fås nu.
– Forskellige former for
oxidation – silica gel rotor,
plasma, photo-catalytic
– Elektrostatiske filtre
8
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Udvikling frem mod 2020 – Kanalsystem og
komponenter
• Lavere tryktab ved at bruge;
– Større kanaler
• En størrelse op i kanaldimension giver 35 %
større areal og 60 % lavere tryktab
– Bedre
•
•
•
design
Undgå knæk og bøjninger
Symmetri opbygning
Undgå lange kanalstrækninger og unødvendige
tryktab i spjæld.
– Bedre komponenter
• LeanVent spjæld
• Nye Armaturer
9
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Udvikling frem mod 2020 - Styring
• Resultater med et LeanVent spjæld
200
Pressure loss [Pa]
180
10 %
160
140
LeanVent damper opening
%
60° (13 %)
50° (23 %)
Flat-plate damper angle
(opening %)
30 %
120
40° (36 %)
100
30° (50 %)
80
50 %
60
70 %
40
90 %
20
0
0
50
100
150
200
250
Air flow [l/s]
Opening percentage [%]
Pressure loss [Pa] ‐ fan level 1
Pressure loss [Pa] ‐ fan level 3
Pressure loss [Pa] ‐ fan level 5
0
20
65
137
10
18
60
128
20
16
51
108
30
12
38
78
40
8
24
48
50
6
13
32
60
5*
11
21
70
4*
9
15
80
4*
7
12
90
4*
6*
11
100
4*
6*
10*
* Pressure loss across the damper is too low for the pressure sensors to register accurately
10
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Udvikling frem mod 2020 - Styring
• Hvordan styrer i hastigheden på ventilatoren i VAV anlæg?
• Hvordan fastsættes trykket?
11
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Udvikling frem mod 2020 - Styring
• Minimering af tryktab ved brug ”Static pressure setpoint reset”
• Static pressure setpoint reset” styring hvor et spjæld altid er helt åbent,
kan give en besparelse på 20-40 % i forhold til fast statisk tryk. Tilbage
betalingstid på ned til et år.
• Belimo har sendt deres løsning på gaden for cirka to år siden kaldet
”ventilator optimizer”
• LeanVent er i gang med at udvikle et modul til deres spjæld.
• Lindab Pascal hvor åbningen på indblæsningsarmaturerne styres
optimalt
12
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Udvikling frem mod 2020 - Styring
• Forsøgsopstilling med LeanVent spjæld hvor der blev udviklet en SPRalgoritme.
13
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Udvikling frem mod 2020 - Styring
• Minimering af tryktab ved brug ”Static pressure setpoint reset”
16
140
14
CSP-1
120
CSP-2
12
100
10
80
8
60
CSP-3
Airflow [l/s]
Pressure [Pa]
Total
airflow
SPR-1
SPR-2
6
SPR-3
40
4
System
SPR
20
2
0
System
CSP
0
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Time [h]
14
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Udvikling frem mod 2020 - Indblæsning
• Traditionelle armaturer har tryktab på minimum 30 Pa, hvilket ikke er
hensigtsmæssig i lavtryksanlæg.
– Støjgener
– Trækgener
• Diffust indblæsningloft
– Stort indblæsningsareal giver lavt tryktab omkring 2 Pa samt ingen
støj- og trækgener.
15
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Diffust indblæsningloft
• Forskningsprojekter i teori og praksis til at afdække
– Risiko for zoner med stillestående luft
– Risiko for kortslutning af luftstrømmen og høje lufthastigheder
– Luft opblanding
– Trækgener i opholdszonen
– Temperaturfordeling
– Aktivering af termisk masse i loftkonstruktionen
– Forskellen mellem forskellige loft typer.
• Gipsplader
• Aluminiumplader
• træbetonplader
• Målinger i testkammer på DTU byg og CFD beregninger samt målinger i
praksis på Vallensbæk skole.
16
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Diffust indblæsningloft
17
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Diffust indblæsningsloft - Tryktab
18
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Diffust indblæsningsloft - Lufthastigheder
19
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Diffust indblæsningsloft - CFD
20
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Diffust indblæsningsloft - Luftopblanding
• Perfekt piston luftstrøm = 100 %
• Fortrængningsventilation = 50-100 %
• Perfekt opblanding = 50 %
• Kortslutning/stillestående luft = <50 %
21
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Vallensbæk skole
Formålet er at undersøge forskellige nye
designløsninger og komponenter i praksis, for
at mindske tryktab og energiforbrug,
herunder;
• ”Overdimensioneret” aggregat
• ”Overdimensioneret” kanalsystem
• LeanVent spjæld
• Diffust indblæsningsloft
• Behovsstyring
– CO2-sensorer
– PIR-sensorer
22
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Aggregat
• Standard ”overdimensioneret” VEX340
placeret på loftet.
– Varmegenindvinding 80-85 %
– Luftmængde 400-2440 m3/h
– Ingen varmeflade
• Design luftmængde 450 m3/h per rum
(5 l/s per person).
• Lufthastighed på 1-2 m/s =
tryktabsgradient på 0,1-0,5 Pa/m
23
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Diffust indblæsningsloft
• Troldtekt træbeton plader
• 6 aktive plader
– Indblæsningsareal of 9.2 m2
• Installationshøjde
– Cirka 20 cm
24
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Kontrolstrategi
• Behovsstyring efter
– CO2-koncentrationen
– Brugen af rummet
• Holde CO2-koncentration under 1000
ppm.
• Luftmængden til rummene reguleres af
LeanVent spjæld.
25
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Målinger
• Energiforbrug
– Tryktab
– SFP-værdi
• Indeklima
– CO2-koncentration
– Temperatur
– Humidity
– (VOC)
• Diffust loftindblæsning
– Tracer gas (decay method), ventilation effektivitet
– Lufthastighed og –temperatur, draught rate
• Elev test
– Indlæringsevne
– Trivsel og opfattet luftkvalitet
26
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Resultater – Indeklima
Før installering
27
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Results – Indeklima
• Efter installering
28
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Resultater – Diffust indblæsningsloft
• Tracer gas målinger
– Air change efficiency
29
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Resultater – Diffust indblæsningsloft
• Tracer gas målinger
– Air change efficiency
110
55
50
45
500 m3/h
1000 m3/h
40
35
30
Exhaust
Measuring point
30
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Local air change index [%]
Air change efficiency [%]
60
100
90
80
500 m3/h
1000 m3/h
70
60
50
#1
#2
#3
#4
#5
Measuring point
Præsentation
19.01.2012
Resultater - Røgforsøg
31
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Resultater – Diffust indblæsningloft
• Lufthastighed og –temperatur
målinger – draught risk
– 0.1 and 1.1 m ved luftskifte på
500 and 1000 m3/h
– Lufthastigheden skal være under
0.15 m/s
– Temperaturgradient
32
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Resultater – Diffust indblæsningloft
22.5
0.35
22
0.3
Mean air velocity [m/s]
Airtemperature [C]
• Ved 1000 m3/h og indblæsningstemperatur på 17 grader
21.5
21
20.5
20
19.5
1
2
3
4
5
6
7
0.25
0.2
0.1 m
0.15
1.1 m
0.1
8
0.1
Threshold
0.05
0
-0.05
Measuring point
1.1
1
2
3
4
5
6
7
8
Measuring point
20.2
20
19.8
19.6
19.4
19.2
19
18.8
18.6
18.4
18.2
0.3
Mean air velocity [m/s]
Airtemperature [C]
• Ved 1000 m3/h og indblæsningstemperatur på 10 grader
0.1
1.1
0.2
1.1
0.15
0.1
0.1
Threshold
0.05
0
1
33
0.25
2
3
4
5
6
Measuring point
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
7
8
1
2
3
4
5
6
Measuring point
7
8
Præsentation
19.01.2012
Resultater – Diffus indblæsningsloft
• Thermografi billeder for at undersøge træk,
strålingstemperatur og utæthederne i pladerne.
• Utætheder mellem pladerne og langs kanten
samt utæt uisoleret loftslem.
• Forkert placering af aktive plader skyld i høje
lufthastigheder i det ene hjørne.
34
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Resultater – Energiforbrug
• SFP-værdi ved luftmængde på 1000 m3/h
– Beregnet = 650 J/m3
– Målt = 500 J/m3
• Fast statisk tryk i kanalsystem på 25 Pa til at styre ventilatoren
• Kun indledende målinger så der er en vis usikkerhed
35
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012
Konklusion
• Forbedret indeklima (1000 ppm) der giver bedre trivsel og indlæring hos
elever og lærere.
• Diffust loftindblæsning
– God luftfordeling
– Meget lav risiko for træk
– Lav indblæsningstemperatur = sparet varmeflade
• Præcis balanceret luftfordeling til de to rum ved brug af LeanVent spjæld
• Forholdsvis lave tryk i alle dele af anlægget hvilket gav en lav SFP-værdi
på 500 J/m3.
– Forvendte krav for 2020 er 1500 J/m3
– Beregnet årligt energiforbrug på 4 kWh/m2
36
DTU Civil Engineering, Technical University of Denmark
Præsentation
19.01.2012